再生骨料取代率對再生混凝土物理力學性能的影響

陳國慧，彭澤艷

（1重慶市北碚區城鄉建設委員會，重慶 400700；2重慶燈塔建筑工程有限公司，重慶 400700）

0 引言

中國每年新建建筑面積達20億m2，拆除舊建筑面積達2億m2，年產建筑垃圾4億t，建筑垃圾的產量已占到城市垃圾總量的30%～40%[1]，其中50%～60%為廢棄混凝土[2]，占地和處理費用數額龐大。因此，作為替代天然骨料生產再生混凝土是廢棄混凝土資源化利用的重要途徑，可以減少天然骨料用量，保護天然資源，有利于環境的保護。

再生骨料是指將建(構)筑物拆除、路面翻修、混凝土生產、工程施工或其他狀況下產生的廢混凝土塊，經過破碎、清洗和分級等一系列加工后，按一定的比例相互配合，所得到的粒徑在40mm以下的骨料。其中粒徑在5～40mm范圍內的為再生粗骨料。粒徑0.5～5mm范圍內的為再生細骨料。將再生骨料作為部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土即為再生混凝土，也稱再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete)[3-4]。再生混凝土技術已成為當前國內外混凝土研究的熱點之一，具有較高的研究價值[5]。再生骨料取代率是形成再生混凝土與普通混凝土性能差異的重要因素。因此，本文采用不同的再生骨料取代率進行實驗，重點分析了再生骨料取代率對骨料吸水率以及再生混凝土水膠比、坍落度、抗壓強度等物理力學性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

水泥:重慶生產的42.5R普通硅酸鹽水泥。

天然骨料:重慶出產的5～31.5mm天然碎石。

再生骨料:重慶市北碚區東陽街道某拆遷房屋建筑形成的廢棄混凝土破碎后制成，采用重慶生產的PE顎式破碎機破碎，碎石公稱粒徑為5～30 mm。天然骨料與再生骨料的篩分及技術指標分別見表1、表2。

表1 天然骨料與再生骨料的篩分

表2 天然骨料與再生骨料技術指標

1.2 實驗方法

骨料技術指標測定:骨料各項技術指標測定方法均參照《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ 52-2006執行。

混凝土配制:配制普通混凝土和再生混凝土時，天然骨料和再生骨料均采用相同的級配，骨料級配嚴格按照表3分別稱取，其它原料都相同。實驗時，將水泥、粉煤灰、骨料、砂按試驗配合比稱量，保證天然骨料和再生骨料的總質量相同，再生骨料取代率分別為0、25%、50%、75%、100%，普通混凝土強度等級為C30。混凝土力學等性能按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T 80-2002和 《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB 50081-2002測定，表觀密度、坍落度按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB 50080-2002測定，干燥收縮的開裂指數按照 《水泥砂漿和混凝土干燥收縮開裂性能試驗方法》GB/T 29417-2012測定。

表3 骨料級配

2 結果與分析

2.1 再生骨料取代率對混凝土水膠比及和易性的影響

再生骨料的吸水率較大。如圖1，對于天然骨料，10min的吸水率為0.21%，30min的吸水率為0.34%，8h吸水率為0.37%，16h吸水率為0.39%，24h吸水率為0.39%，天然骨料的吸水率較小，而且隨著時間的推移吸水率增長較慢。對于再生骨料，10min的吸水率為2.75%，30min的吸水率為3.71%，8h吸水率為4.64%，16h吸水率為4.77%，24h吸水率為4.82%，再生骨料的吸水率相對比天然骨料要大。隨著時間的推移，再生骨料吸水率較天然骨料顯著加快。再生骨料的吸水率明顯高于天然骨料，其24h吸水率約為天然骨料的12.4倍。

圖1 天然骨料與再生骨料的吸水率隨時間的變化

圖2 混凝土水膠比隨骨料取代率的變化

由于再生骨料組分中含有一定量空隙率較大的水泥砂漿，吸水率顯著增大，促使混凝土拌合用水量增加，水膠比增大。再生骨料中的水分為吸附水和拌合水，吸附水的實質是天然骨料與再生骨料在吸水率上的差異:一部分拌合水以吸附水的形式被再生骨料表面的廢舊砂漿吸附，另一部分拌合水就以自由水的形式真正參與水泥的水化作用。在用水量相同的情況下，隨著再生骨料取代率的增加，再生骨料吸附的拌合水就越多，使得吸附水增加，自由水減少。以配合比中的水膠比作為理論水膠比，由此可以換算出再生骨料拌合用水去除吸附水后的用水量，從而估算出實際水膠比。當再生骨料取代率為0，即普通混凝土的實際水膠比為0.4；當再生骨料取代率為50%時，混凝土的實際水膠比為0.37；當再生骨料取代率為100%時，混凝土的實際水膠比0.31。可見，在其他原材料相同的情況下，隨著再生骨料取代率的增大，混凝土的實際水膠比逐漸變小，如圖2。

基準普通混凝土的坍落度為178mm；當再生骨料取代率為50%時，再生混凝土的坍落度為151mm；當再生骨料取代率為100%時，再生混凝土的坍落度為73mm。隨著再生骨料取代率的增大，再生混凝土的坍落度呈逐漸下降趨勢，如圖3。混凝土的坍落度降低主要是因為再生骨料有較大的吸水率，而且再生骨料表面粗糙的粒形、棱角，增大了再生混凝土拌和物的摩擦阻力，導致相同配合比的情況下，再生混凝土的流動性比普通混凝土和易性降低。

圖3 坍落度隨骨料取代率的變化

2.2 再生骨料取代率對混凝土抗壓強度和抗折強度的影響

由圖4、圖5可知，隨著再生骨料取代率的增大，混凝土抗壓強度和抗折強度均呈現逐漸提高的趨勢。與普通混凝土相比，再生骨料取代率為25%的混凝土7d抗壓強度和抗折強度分別提高了17%和23.5%，28d強度分別提高了7.4%和15.4%；再生骨料取代率為50%的混凝土7d抗壓強度和抗折強度分別提高了33.6%和34.9%，28d強度分別提高了15%和22%；再生骨料取代率為100%的混凝土7d抗壓強度和抗折強度分別提高了68.2%和60.9%，28d強度分別提高了23%和28.3%。

再生骨料表面附著一些廢舊砂漿的次生顆粒，由于一部分拌合水被吸附到這些廢舊砂漿含有的大量孔隙中，降低了再生骨料與水泥石界面的水膠比，再生骨料表面如同包裹了一層低水膠比的漿體，強化了界面的作用，這種作用效果超過了再生骨料自身缺陷等不利因素對再生混凝土強度的弱化作用，最終表現出再生混凝土的強度高于普通混凝土。

圖3 坍落度隨骨料取代率的變化

圖5 抗折強度隨骨料取代率的變化

2.3 再生骨料取代率對混凝土表觀密度和干燥收縮的影響

再生混凝土的表觀密度隨著再生骨料取代率的增大逐漸變小，普通混凝土的表觀密度為2387 kg/m3，再生骨料取代率為50%時的再生混凝土表觀密度為2302kg/m3，再生骨料取代率為100%時的再生混凝土表觀密度為2274kg/m3，如表4。

表4 再生混凝土28d表觀密度和干燥收縮性能

普通混凝土中產生收縮變形的主要是水泥砂漿，粗骨料對水泥砂漿的收縮變形起著抑制作用。再生混凝土的干燥收縮機理與普通混凝土基本一致，但由于再生骨料表層的廢舊水泥砂漿吸水后產生收縮，抑制作用降低，導致再生混凝土的干燥收縮變形大于普通混凝土。如表4，普通混凝土的開裂指數為1.04×10-4，再生骨料取代率為50%時的再生混凝土的開裂指數為1.69×10-4，再生骨料取代率為100%時的開裂指數為1.81×10-4，再生混凝土干燥收縮變形隨再生骨料取代率的增加而增大。

3 結論

（1）在其他原材料相同的情況下，隨著再生骨料取代率的增大，再生混凝土的實際水膠比逐漸變小，坍落度呈逐漸下降趨勢，流動性變差，和易性降低；相同級配下，再生骨料的吸水率大于天然骨料吸水率。

（2）在其他原材料相同的情況下，隨著再生骨料取代率的增大，再生混凝土抗壓強度和抗折強度均逐漸提高，表觀密度逐漸變小，干燥收縮變形逐漸增大。

[1]中國建筑科學研究院，青建集團股份公司.JGJT240-2011再生骨料應用技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社，2011.

[2]周宏敏，柴俊，柴華，等.再生骨料混凝土技術及其研究現狀[J].混凝土，2008(12):75-76.

[3]德國國家標準.DIN 4226-100混凝土和砂漿骨料（100）:再生骨料[S].德國，2002.

[4]同濟大學.DG/TJ-2018-2007再生混凝土應用技術規程[S].上海:上海市建設和交通委員會，2007.

[5]于紀棟.再生混凝土的性能與前景研究[J].安徽建筑，2011（5）.